Как сделать частотомер в домашних условиях. Какие схемы частотомеров наиболее просты в реализации. Какие компоненты потребуются для сборки частотомера. Как настроить и откалибровать самодельный частотомер.
Что такое частотомер и для чего он нужен
Частотомер — это электронный прибор для измерения частоты электрических колебаний. Он позволяет определить, сколько раз в секунду происходит полный цикл изменения электрического сигнала.
Частотомеры широко применяются в радиоэлектронике для:
- Настройки и проверки генераторов
- Измерения частоты различных сигналов
- Определения резонансной частоты колебательных контуров
- Подстройки частоты кварцевых резонаторов
- Измерения частоты вращения двигателей
Для радиолюбителей частотомер — незаменимый прибор при разработке, отладке и ремонте различных электронных устройств. Однако готовые профессиональные частотомеры довольно дороги. Поэтому многие предпочитают собирать простые частотомеры самостоятельно.
Принцип работы простого частотомера
В основе работы простейшего частотомера лежит следующий принцип:
- Входной сигнал преобразуется в последовательность импульсов стандартной амплитуды
- Эти импульсы подсчитываются за фиксированный интервал времени (обычно 1 секунду)
- Количество импульсов за секунду соответствует частоте входного сигнала в Герцах
Таким образом, задача сводится к подсчету количества импульсов за заданное время. Для этого используются счетчики импульсов и схемы временных интервалов на основе таймеров.
Простая схема частотомера на микросхеме 555
Одна из самых простых схем частотомера может быть реализована на популярной микросхеме таймера NE555. Рассмотрим принцип ее работы:
- Микросхема 555 включена по схеме одновибратора
- Входной сигнал запускает одновибратор через транзисторный усилитель
- На выходе формируются импульсы фиксированной длительности
- Частота этих импульсов равна частоте входного сигнала
- Среднее значение выходного напряжения пропорционально частоте
- Это напряжение измеряется стрелочным микроамперметром
Такой частотомер позволяет измерять частоты от единиц герц до сотен килогерц. Точность измерения невысока, но для многих любительских применений вполне достаточна.
Цифровой частотомер на микроконтроллере
Более точные измерения позволяет выполнить цифровой частотомер на базе микроконтроллера. Его принцип работы:
- Входной сигнал преобразуется в прямоугольные импульсы
- Микроконтроллер подсчитывает количество импульсов за 1 секунду
- Результат выводится на цифровой индикатор
- Программа микроконтроллера выполняет необходимые вычисления
Такой частотомер обеспечивает высокую точность измерений в широком диапазоне частот. Его сложнее собрать, но он имеет гораздо больше возможностей.
Компоненты для сборки простого частотомера
Для сборки простейшего частотомера на микросхеме 555 потребуются следующие компоненты:
- Микросхема NE555 или ее аналог
- Транзистор для входного усилителя (например, BC547)
- Резисторы и конденсаторы по схеме
- Переменный резистор для калибровки
- Стрелочный микроамперметр на 100-200 мкА
- Печатная плата или макетная доска
- Корпус для монтажа
Большинство деталей можно извлечь из старой радиоаппаратуры или приобрести в магазинах электронных компонентов. Общая стоимость деталей невысока.
Настройка и калибровка самодельного частотомера
После сборки частотомер необходимо настроить и откалибровать. Для этого выполняются следующие шаги:
- Проверка работоспособности схемы подачей сигнала известной частоты
- Регулировка чувствительности входного усилителя
- Настройка диапазона измерения с помощью подстроечных элементов
- Калибровка шкалы по эталонным частотам
- Проверка линейности показаний во всем диапазоне
Для точной калибровки потребуется генератор стабильной частоты или другой эталонный частотомер. При отсутствии такой возможности можно откалибровать прибор по частоте сети 50 Гц.
Расширение возможностей самодельного частотомера
Базовую схему частотомера можно усовершенствовать, добавив следующие возможности:
- Переключение диапазонов измерения
- Цифровая индикация частоты
- Измерение периода колебаний
- Режим счета импульсов
- Измерение отношения частот
- Интерфейс для подключения к компьютеру
Это потребует усложнения схемы, но значительно расширит функциональность прибора. Для реализации многих дополнительных функций удобно использовать микроконтроллер.
Преимущества и недостатки самодельных частотомеров
Самостоятельная сборка частотомера имеет свои плюсы и минусы:
Преимущества:
- Низкая стоимость
- Возможность адаптации под свои задачи
- Глубокое понимание принципов работы
- Развитие навыков конструирования
Недостатки:
- Ограниченная точность измерений
- Узкий диапазон частот
- Отсутствие сертификации
- Необходимость самостоятельной калибровки
Тем не менее, для многих радиолюбительских применений самодельный частотомер вполне способен заменить профессиональный прибор. А процесс его создания принесет много пользы начинающему электронщику.
Простой частотомер. Схема
Частотомеры, построенные по “медленной” схеме популярны среди радиолюбителей потому, что их схема проще и не требует применения регистров или триггеров для запоминания данных предыдущего измерения. Но, недостаток таких частотомеров в их медленности. Многоразрядный частотомер без переключателя пределов на процесс измерения тратит не менее секунды, плюс ещё несколько секунд на время индикации. Такое продолжительное время измерения не только неудобно тем, что если вы устанавливаете частоту генератора подстройкой контуров или резисторов и одновременно измеряете частоту, то на показание прибора оказывает влияние так же и сам процесс регулировки частоты, поскольку, если во время измерения частота изменяется, то оказания частотомера вообще непредсказуемы. То есть, нужно подстроить частоту и ждать как минимум два цикла измерения чтобы посмотреть результат. А можно просто забыть об этом и получить неправильный результат.
Будет удобнее, если процессом измерения управлять вручную, – при помощи кнопки “ПУСК”, после нажатия которой начинается измерение. Таким образом, каждый раз, желая измерить частоту нужно нажимать эту кнопку.
Принципиальная схема частотомера по такой схеме показана на Рис.1. Это низкочастотный шестиразрядный частотомер, измеряющий частоту до 999999 Гц. Конечно, используя входной делитель можно измерять и более высокие частоты.
Чувствительность прибора около 50 mV. Входной сигнал подаётся на разъём Х1. На микросхеме D1 выполнен усилитель-ограничитель и управляемый формирователь логических импульсов. Блокировка прохождения импульсов производится подачей единицы на вывод 13 D1.4. При этом триггер Шмитта фиксируется.Измерительный счётчик выполнен на шести счётчиках – дешифраторах D4-D9 и шести семисегментных индикаторах Н1-Н6.
Устройство управления и генератор образцовой частоты выполнено на D2 и D3. Микросхема D2 – К176ИЕ12, она предназначена для часов и имеет множество функций. Но здесь работает только кварцевый мультивибратор ( на резонаторе Q1 ) и счётчик – формирователь импульсов частотой 1 Гц. Вход обнуления этого счётчика ( вывод 5 ) служит для его блокировки по завершению цикла измерения. Триггер D3.1 делит частоту 1 Гц на два, а триггер D3.2 управляет запуском и остановкой измерения.
В исходном состоянии на выходе D3.2 будет логическая единица. В этом положении входной триггер Шмитта закрыт и схема находится в режиме индикации результата предыдущего измерения.
Нажав на кнопку S1 мы устанавливаем D3.2 в обратное положение. Цепь C10-R8 формирует коротенький импульс, который быстро обнуляет счётчики.
Далее происходит запуск D2 и на его выводе формируется один импульс периодом 1 Гц. В течении этого времени идёт измерение так как триггер Шмитта открыт. После завершения импульса триггер D3.1 переходит в единичное состояние, которое длится недолго, так как единица с прямого выхода D3.1 поступает на вход S D3.2 блокирует и переключает его в единичное состояние. Единица, возникшая на выходе выводе 13 D3.2 блокирует триггер Шмитта, возвращает D3.1 в нулевое положение и обнуляет и фиксирует счётчик D2. Диод VD5 ускоряет этот процесс.
В результате, подсчёт импульсов прекращается и на индикаторах Н1-Н6 отображается результат измерения.
Питается прибор от сетевого адаптера для “Денди“ или подобных. L1 – 50 витков ПЭВ – 0,53 на ферритовом кольце диаметром 10 мм.
Печатная плата не приводится, так как устройство собиралось на макете.
Налаживание практически не требуется. Если будут сбои в обнулении D4-D9 нужно немного увеличить ёмкость С10. Установка точности – конденсаторами С6 и С7.
источник: ” РАДИОКОНСТРУКТОР “, 01 – 2005, стр.21-22.
Автор Андрей МаркеловОпубликовано Рубрики Измерительные приборыМетки частотомерыПростой цифровой частотомер без микроконтроллера
Данная конструкция простого частотомера может иметь множество применений. Частотомер может стать экспериментом для начинающих радиолюбителей, частью лабораторного оборудования в мастерской или встроен в какой-либо прибор.
Он будет незаменим там, где нужно измерить и показать частоту сигнала в цифровом виде.
Данный частотомер собран на логических микросхемах без использования микроконтроллера, требующего программирования. В основе схемы лежит сдвоенный десятичный счетчик К555ИЕ20.
Генератор, собранный на таймере NE555 задает время отсчета. При указанных на схеме номиналах элементов обвязки NE555, время отсчета равно 1 сек. Это позволяет производить измерение с разрешением 1 Гц.
В качестве индикаторов можно использовать DIS1417 или TIL311. Такие индикаторы имеют защелки, декодер, драйвер и 20 светодиодов, образующих шестнадцатеричный символ. Использовав такие индикаторы, отпадает необходимость в использовании внешних защелок.
При использовании же стандартного 7-сегментного индикатора, необходимо добавить декодеры (7447 или 4543) и внешние защелки (7475 / 74HC75 / 74LS75).
Таймер NE555 генерирует на выводе 3 лог. 1 на протяжении 1 секунды, после которого идет короткий импульс лог.
0. Счетчики производят отсчет во время лог. 1, а во время лог. 0 информация на индикаторах обновляется и происходит сброс счетчиков.
Все происходит в два этапа: по заднему фронту защелки выключаются и значения счетчиков поступают на индикатор, а по переднему фронту происходит сброс счетчиков для подготовки к очередному циклу отсчета.
Частотомер, приведенный на принципиальной схеме, способен измерять частоту в диапазоне от 0 до 9999 Гц с разрешением 1 Гц. Но мы с легкостью можем установить любую разрядность и различные периоды измерения.
Установив время переключения таймера NE555 равное 0,1 секунде, мы получим диапазон измерения до 99,99 кГц с разрешением 10 Гц. Если мы установим 0,01 секунду, то диапазон составит до 999,9 кГц с разрешением 100 Гц.
Если мы установим малый интервал отсчета, то необходимо будет увеличить длительность лог. 0, чтобы снизить частоту обновления. Если информация на индикаторе будет обновляться 20 или даже 100 раз в секунду то, скорее всего, данные на индикаторе будут не читаемым во время измерения переменной частоты.
Инвертор 12 В/ 220 В
Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно…
Подробнее
Плюсом регулировки периода отсчета с использованием RC-генератора на таймере NE555 является его простота. Минусом можно считать меньшую точность. Для достижения более точных измерений желательно задействовать кварцевый генератор.
Настройка данного частотомера не сложная. Подайте питание на схему (5 В) и на вход подайте сигнал с известной частотой. Затем вращая подстроечный резистор R1, установите на индикаторе правильное значение.
Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
Подробнее
Categories Измерение и контроль Tags Частотомер
Отправить сообщение об ошибке.
Как собрать самодельный частотомер
Введение
Как собрать самодельный частотомер …
Пожалуйста, включите JavaScript доступные на рынке, как правило, слишком дороги и сложны.
Для новых энтузиастов электроники всегда трудно заполучить эти высококлассные частотомеры. Кроме того, поскольку измерительные потребности этих новичков в электронике ограничены, простой аналоговый частотомер в большинстве случаев может легко удовлетворить их потребности. Схема самодельного частотомера, описанная в этой статье, очень проста по конструкции и обеспечит оптимальный диапазон измерения частоты, полезный для большинства любителей электроники. Более того, было бы очень интересно собрать тестовый прибор дома и использовать его для тестирования будущих строительных проектов.
Что такое частота?
В электронике частота обычно представляет собой напряжение, которое изменяет или меняет свою полярность определенное количество раз в секунду. Вы можете взять в качестве примера вашу домашнюю сеть переменного тока, где частота напряжения меняется с положительного на отрицательное от 50 до 60 раз в секунду, отсюда и название «переменный ток» или «переменный ток».
Частоты, задействованные в электронных схемах, всегда малы по величине и не могут превышать максимальное рабочее напряжение или напряжение питания самой схемы.
Они используются для выполнения многих сложных функций в схеме и в основном генерируются с использованием логических вентилей CMOS. Часто возникает необходимость измерить скорость этих частот, и частотомер оказывается для этого совершенно незаменимым инструментом.
Схема аналогового частотомера, представленная здесь, может использоваться для измерения частот от 25 Гц до 500 кГц.
Описание схемы
Чтобы понять работу схемы этого самодельного частотомера, давайте рассмотрим следующее объяснение:
IC 555 является основной частью схемы и подключен как моностабильный мультивибратор.
Его частота определяется внешними компонентами R2, VR1 и C3. Настройка VR1 важна и может использоваться для настройки диапазона измерения частотомера.
Рассматриваемая частота подается на базу транзистора T1 через резистор R6. Т1 проводит только во время положительных пиков входных колебаний.
Во время этой проводимости T1 конденсатор C2 вынужден быстро разряжаться через R7 и T1.
Кроме того, во время отрицательных пиков входных колебаний T1 отключается, и теперь C2 заряжается через R1, но с довольно низкой скоростью.
Благодаря этому на выводе 2 ИМС через конденсатор С1 появляется резкий отрицательный импульс. Резистор R3 следит за тем, чтобы импульс был узким и только запускал микросхему.
Микросхема немедленно реагирует на триггер, генерирующий импульс постоянного периода, установленного VR1 на его выходном выводе 3.
Этот импульс сглаживается и интегрируется резисторами R4, R5 и C5, C6 для получения среднего значения импульсов. Для индикации этого интегрального значения можно использовать измеритель с подвижной катушкой.
Величина этих импульсов будет линейно изменяться в зависимости от входной частоты и, таким образом, может быть измерена непосредственно измерителем.
Waveform Image Кредит: https://www.bbc.co.uk/scotland/learning/bitesize/standard/physics/images/waveform2.gif
Простые схемы измерения частоты – аналоговые конструкции
Следующие схемы простых аналоговых измерений частоты могут использоваться для измерения частот, которые могут быть синусоидальными или прямоугольными.
Измеряемая входная частота должна быть не менее 25 мВ RMS для оптимального обнаружения и измерения.
Конструкция обеспечивает относительно широкий диапазон измерения частоты, от 10 Гц до максимум 100 кГц, в зависимости от положения селекторного переключателя S1. Каждая из 20 тыс. предустановленных настроек, связанных с S1a, может быть индивидуально отрегулирована для получения других диапазонов отклонения полной шкалы частоты на измерителе по желанию.
Общее потребление этой цепи частотомера составляет всего 10 мА.
Значения R1 и C1 определяют отклонение на полную шкалу соответствующих используемых измерителей и могут быть выбраны в зависимости от используемого в цепи измерителя. Значения можно зафиксировать соответствующим образом с помощью следующей таблицы:
Ссылаясь на принципиальную схему простого измерителя частоты, 3 биполярных транзистора на входе работают как усилитель напряжения для усиления частоты низкого напряжения в прямоугольные волны 5 В, для питания входа микросхемы SN74121
ИС SN74121 представляет собой моностабильный мультивибратор с триггерными входами Шмитта, что позволяет преобразовать входную частоту в однократные импульсы правильной размерности, среднее значение которых напрямую зависит от частоты входного сигнала.
Диоды и цепь R1, C1 на выходном выводе ИС работают как интегратор для преобразования вибрирующего выхода моностабильного в достаточно стабильный постоянный ток, значение которого прямо пропорционально частоте входного сигнала.
Следовательно, по мере увеличения входной частоты значение выходного напряжения также пропорционально возрастает, что интерпретируется соответствующим отклонением на измерителе и обеспечивает прямое считывание частоты.
Компоненты R/C, связанные с селекторным переключателем S1, определяют моностабильную синхронизацию однократного включения/выключения, а это, в свою очередь, определяет диапазон, для которого синхронизация становится наиболее подходящей, чтобы обеспечить соответствие диапазона на измерителе и минимальную вибрацию на стрелке метра.
Диапазон переключения
- a = от 10 Гц до 100 Гц
- b = от 100 Гц до 1 кГц
- c = от 1 кГц до 10 кГц
- d = от 10 кГц до 100 кГц
Многодиапазонный точный частотомер Схема
Улучшенная версия схемы первого частотомера показана на рисунке выше.
Входной транзистор TR1 представляет собой полевой транзистор с переходным затвором, за которым следует ограничитель напряжения. Концепция позволяет использовать прибор с большим входным сопротивлением (диапазон одного мегаома) и защитой от перегрузок.
Группа переключателей S1 b просто удерживает положительную клемму измерителя ME1 «заземленной» для 6 конфигураций диапазона, обозначенных на S1 a, и, таким образом, обеспечивает выходной путь для соответствующего конденсатора диапазона, как показано в примечаниях к рис. 1. При этом, на седьмом месте измеритель и заданное сопротивление VR1 переключаются вокруг эталонного диода стабилитрона D7.
Этот пресет настраивается во время настройки, чтобы обеспечить отклонение полной шкалы измерителя, которое затем точно калибруется для этого конкретного опорного уровня. Это важно, поскольку диоды Зенера сами по себе имеют допуск 5%. Когда эта калибровка зафиксирована, она, наконец, управляется потенциометром VR2 на приборной панели, который обеспечивает управление для всех частотных диапазонов.
Самая высокая амплитуда входной частоты, помещенная на f.e.t. Затвор ограничивается примерно ± 2,7 В через стабилитроны D1 и D2 вместе с резистором R1.
В случае, если входной сигнал выше этого значения в обеих полярностях, соответствующий стабилитрон заземлит избыточное напряжение, стабилизируя его на уровне 2,7 В. Конденсатор C1 обеспечивает некоторую компенсацию высоких частот.
Полевой транзистор сконфигурирован как истоковый повторитель, а истоковая нагрузка R4 работает как синфазный режим входной частоты. Транзистор TR2 работает как простой усилитель возведения в квадрат, выход которого вызывает включение и выключение транзистора TR3 в соответствии с приведенным ранее пояснением.
Зарядные конденсаторы для каждых 6 частотных диапазонов определяются блоком переключателей S1a. Эти конденсаторы должны быть чрезвычайно стабильными и высококачественными, такими как тантал.
Хотя на схеме конденсаторы обозначены как одиночные, их можно собрать из пары соединенных параллельно частей.
Конденсатор C5, например, построен с использованием 39n и 8n2, общая емкость 47n2, в то время как C10 состоит из 100p и триммера 5-65p.
Схема печатной платы
Конструкция дорожек печатной платы и наложение компонентов для показанной выше схемы частотомера показаны на следующих рисунках
Простой измеритель частоты с использованием микросхемы 555
Следующее аналоговое устройство для измерения частоты, возможно, самое простое, но при этом имеет достаточно точные показания частоты на прикрепленном измерителе.
Измеритель может быть с подвижной катушкой определенного типа или цифровым измерителем, установленным на диапазон 5 В постоянного тока.
Для каждого положительного полупериода входной частоты моностабильный сигнал включается на определенное время, определяемое элементами R3/C2.
Части R7, R8, C4, C5 на выходе микросхемы работают как стабилизатор или интегратор, чтобы обеспечить достаточно стабильный постоянный ток для моностабильных импульсов ВКЛ/ВЫКЛ, чтобы счетчик мог считывать их без вибраций.
Это также позволяет выходу производить среднее непрерывное значение Dc, которое прямо пропорционально частоте входных импульсов, подаваемых на базу T1.
Однако предустановка R3 должна быть правильно отрегулирована для различных диапазонов частот, чтобы стрелка измерителя была достаточно стабильной, а увеличение или уменьшение входной частоты вызывало пропорциональное отклонение в этом конкретном диапазоне.
Аналоговый частотомер IC 555
На приведенном ниже рисунке показана схема 555 IC, выполненная в виде аналогового частотомера с линейной шкалой и полной чувствительностью 1 кГц. Питание схемы осуществляется через стабилизированный источник питания 6 В.
Входные сигналы для этого аналогового частотомера могут быть в форме импульсов или сигналов прямоугольной формы с размахом до 2 вольт или выше.
Транзистор Q1 усиливает этот импульсный входной сигнал, достаточный для срабатывания IC 555 на выводе № 2. Выход IC на выводе № 3 подключен к полномасштабному измерителю M1 с подвижной катушкой отклонения 1 мА.
Диод D1 работает как каскад компенсации смещения с помощью умножающего резистора R5.
Всякий раз, когда IC 555, сконфигурированный как моностабильный мультивибратор, запускается входным импульсом, он создает импульс фиксированной длительности и амплитуды. Когда каждый отдельный импульс включает пиковое напряжение 6 вольт и период 1 мс, и он запускает вывод № 2 микросхемы с частотой 500 Гц, на выводе № 3 создается высокий логический сигнал 500 миллисекунд каждые 1000 миллисекунд.
Кроме того, среднее значение выхода IC 555, оцененное за этот интервал времени, может быть рассчитано как
500 миллисекунд/1000 миллисекунд x 6 вольт = 3 вольта или половина 6 вольт.
Аналогично, если входная частота составляет 250 Гц, создается высокий импульс длительностью 250 мс через каждые 1000 мс. В результате среднее выходное напряжение микросхемы теперь равно 250 мс/1000 мс x 6 вольт = 1,5 вольт или четверть 6 вольт.
Это показывает, что среднее значение выходного напряжения схемы, испытанное в рамках реального общего количества импульсов, прямо пропорционально повторяющейся частоте моностабильного мультивибратора.
